智能巡防機(jī)器人設(shè)計(jì)報(bào)告[共22頁]

1、智能巡防機(jī)器人 Smart Guard Robot第十一屆“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告智能巡防機(jī)器人Smart Guard Robot設(shè)計(jì)報(bào)告隊(duì)伍編號(hào)： 參賽學(xué)校： 作 者： 指導(dǎo)教師： 組 別：碩士組 本科組 高職組 摘 要本項(xiàng)目的智能安防機(jī)器人，它是新一代的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)智能安防設(shè)備，由S5PV210構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并作為任務(wù)分配核心再輔以ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測環(huán)境，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)有異常（氣體、入侵等）出現(xiàn)后會(huì)立即激活紅外裝置,發(fā)出定位信號(hào)提供給自主研發(fā)的紅外定位系統(tǒng)進(jìn)行定位；在趕往異常節(jié)點(diǎn)附近的同時(shí)，還會(huì)要求控制臺(tái)查看安防機(jī)器人實(shí)時(shí)回傳的視頻；控制臺(tái)會(huì)顯示傳感器收集到的信息，并

2、可對(duì)視頻采集系統(tǒng)的云臺(tái)角度進(jìn)行調(diào)整;安防機(jī)器人使用STM32作為運(yùn)動(dòng)控制器，使得其具有良好的移動(dòng)性能，能讓用戶獲得最大視角；通過終端可以手動(dòng)操縱安防機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；安防機(jī)器人在使用的時(shí)候會(huì)伴有語音提示，提高用戶體驗(yàn)。機(jī)器人設(shè)計(jì)很美觀，能很好的融入到使用者的環(huán)境，時(shí)刻保護(hù)使用者的安全。相信借助未來的市場需求，本項(xiàng)目能夠盡善盡美！關(guān)鍵詞： 智能安防設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、紅外定位系統(tǒng)AbstractOur smart guard robot,it is a new generation of network interconnection intelligent security equipme

3、nt,it consists of S5PV210,assist to wireless sensor network to monitor the environment,once a node has an exception(such as gas、intrude and so on)show up,it will immediately activate the infrared device，to provide positioning signal to independent research and development; At the same time,request t

4、he console view real-time video comes back and display receive message and control holder.smart guard robot use STM32 to control movement.we can through the terminal control smart guard robot finish job;The robot has voice prompt when you operation.The robot design is very beautiful,we believe that

5、can quickly into the users environment to protect user safe.We believe with the help of the future market demand,our smart guard robot will be perfect！Key words: Smart Guard Robot、Network Interconnection、Wireless Sensor Network、Infrared Positioning System第1章 緒 論11.1背景11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3研究意義2第2章 系統(tǒng)方案22.1

6、 主控芯片32.2 視頻傳輸52.3 電源部分62.4 室內(nèi)定位6第3章 功能與指標(biāo)73.1 智能巡防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能73.2 智能巡防機(jī)器人功能指標(biāo)7第4章 實(shí)現(xiàn)原理84.1 Linux實(shí)現(xiàn)84.1.1 使用Linux構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器84.1.2 使用Linux進(jìn)行任務(wù)分配84.2 Android終端實(shí)現(xiàn)94.2.1 Android終端人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)94.2.2 Android終端與Linux的網(wǎng)絡(luò)通訊Socket114.2.3 Android終端對(duì)于H.264解碼124.4 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)124.5 巡防機(jī)器人基于室內(nèi)定位的智能路徑實(shí)現(xiàn)134.6 多路隔離電源的實(shí)現(xiàn)15第5章 硬件

7、框圖165.1 S5PV210硬件框圖165.2 STM32F4硬件框圖17圖5-2 STM32F4硬件框圖175.3 ZigBee硬件框圖175.4 STC15F2K61S2硬件框圖18第6章 創(chuàng) 新18結(jié) 論19參考文獻(xiàn)19第1章 緒 論1.1背景近年來，安防設(shè)備的覆蓋率呈指數(shù)形式暴增，覆蓋從家庭、住宅區(qū)、商鋪到銀行、學(xué)校、火車站再到工業(yè)廠區(qū)、倉庫、變電站等等場景，然而，安防領(lǐng)域是國內(nèi)才興起的，驚人的覆蓋率足以讓我們悉知安防設(shè)備的前景是多么的廣闊！不僅如此，北美作為全世界最大的安防市場，目前也體現(xiàn)出了需求量大，競爭激烈的場面；南美、東盟國家同樣也顯現(xiàn)出了安防市場的增速飛快的趨勢，同時(shí)南美國

8、家還需要大量依賴進(jìn)口。就以上信息指引我們看到了這個(gè)廣闊的市場，但是隨著 研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)的安防設(shè)備都是固定式、機(jī)械式的，不具備移動(dòng)的能力，要想實(shí)現(xiàn)無死角監(jiān)控就必須安放多個(gè)攝像頭針對(duì)不同的區(qū)域工作，如此一來，成本高昂、布置復(fù)雜、智能化程度低；傳統(tǒng)的攝像頭外觀要是在家庭中或者工作環(huán)境中布置的話，會(huì)顯得比較突兀，令人不自在，暴露個(gè)人隱私。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前國內(nèi)外安防設(shè)備的研發(fā)還是集中于固定的IP攝像頭，也會(huì)有一些衍生產(chǎn)品，如：智能門鎖、智能煙感等等，并沒有一個(gè)能夠整合功能，移動(dòng)的安防設(shè)備，為什么移動(dòng)的安防設(shè)備難做呢？本項(xiàng)目組認(rèn)為：室內(nèi)定位是頭等問題！傳統(tǒng)的室內(nèi)定位是利用無線設(shè)備的信號(hào)

9、強(qiáng)度進(jìn)行定位，但是這樣的做法是有較大弊端的，譬如：所處環(huán)境復(fù)雜，含有多種信號(hào)干擾，信號(hào)過墻的衰減等等因素，導(dǎo)致了無線室內(nèi)定位還是不能夠解決問題，故目前大部分安防市場還是在研發(fā)固定的網(wǎng)絡(luò)安防設(shè)備。國外具有代表性的安防機(jī)器人：由荷蘭Amaryllo公司最近推出的一個(gè)“家庭安防機(jī)器人”IcamPRO FHD，如圖1-1所示，它實(shí)質(zhì)也還是一個(gè)固定安防攝像頭，可以用來錄制1080P視頻、 檢測聲音等；而國代表性的是：近段時(shí)間，一家寧波公司生產(chǎn)制造的安防機(jī)器人，身高1米5，體重40KG的機(jī)器人，如圖1-2所示，它的作用原理是檢測機(jī)器人前方的異樣，如：檢測溫度變化，雖然可移動(dòng)，但是體型碩大，檢測手段局限。國

10、內(nèi)外兩家公司的安防機(jī)器人都各有千秋，但也有各自的弊端。圖1-1 IcamPRO FHD圖1-2 寧波公司制造安防機(jī)器人1.3研究意義在看完國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，本項(xiàng)目組作如下總結(jié)：傳統(tǒng)的安防攝像頭主要受限于不能移動(dòng)、固定安裝這一問題，使得需要完整監(jiān)控某一區(qū)域時(shí)就需要安裝多個(gè)攝像頭進(jìn)行無死角監(jiān)控，這樣一來就需要布置大量的攝像頭，同時(shí)，市場現(xiàn)有安防設(shè)備并沒有很好的整合室內(nèi)安防資源。為解決上述問題，本項(xiàng)目組研制了一套基于卡爾曼濾波的紅外室內(nèi)定位裝置，使得安防機(jī)器人能夠在室內(nèi)巡防，發(fā)現(xiàn)異常，同時(shí)攜帶一枚有云臺(tái)的攝像頭，配合機(jī)器人的移動(dòng)以及攝像頭角度調(diào)整就能實(shí)現(xiàn)無死角監(jiān)控；對(duì)于如何將室內(nèi)安防資源整合，本項(xiàng)目

11、組是這樣做的：使用ZigBee構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，將所有的安防設(shè)備通過ZigBee組網(wǎng)，然后數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)回傳到安防機(jī)器人，協(xié)調(diào)其進(jìn)行主動(dòng)防御，聯(lián)合工作！機(jī)器人外觀如圖1-3所示，最終，旨在解決固定的安防設(shè)備的弊端，設(shè)計(jì)一套室內(nèi)定位解決方案，同時(shí)推動(dòng)國內(nèi)智能機(jī)器人的發(fā)展！圖1-3 智能巡防機(jī)器人外觀第2章 系統(tǒng)方案本項(xiàng)目是一個(gè)多主控協(xié)調(diào)、分工明確的系統(tǒng)，目的是為了縮短開發(fā)周期（將項(xiàng)目內(nèi)容模塊化使得開發(fā)成員間能獨(dú)立開發(fā)需要的功能，最后進(jìn)行系統(tǒng)融合，這樣提高開發(fā)效率并發(fā)揮各個(gè)核心的優(yōu)勢）模塊化的開發(fā)對(duì)系統(tǒng)調(diào)試有非常大的幫助，并且合理的核心協(xié)調(diào)機(jī)制可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，本系統(tǒng)利用了如下處理器：S5PV2

12、10、STM32F407、STC15F2K61S2、CC2530；下面本項(xiàng)目組將分別介紹以上處理器在實(shí)際應(yīng)用中的選型及優(yōu)勢，系統(tǒng)總體方案如圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)總體方案2.1 主控芯片S5PV210:本項(xiàng)目組使用的S5PV210中央處理器采用了ARM Cortex-A8內(nèi)核，ARM V7指令集，主頻可達(dá)1GHZ，64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，32/32KB的數(shù)據(jù)/指令一級(jí)緩存，512KB的二級(jí)緩存，可以實(shí)現(xiàn)2000DMIPS（每秒運(yùn)算20億條指令集）的高性能運(yùn)算能力。S5PV210包含很多強(qiáng)大的硬件編解碼功能，內(nèi)建MFC（Multi Format Codec），支持MPEG-1/2/4、H.

13、263、H.264等格式視頻的編解碼，支持模擬/數(shù)字TV輸出。JPEG硬件編解碼，最大支持8000像素x8000像素分辨率。本系統(tǒng)中，使用S5PV210嵌入式處理器來運(yùn)行Linux系統(tǒng),如圖2-2所示，負(fù)責(zé)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，主要用于視頻、數(shù)據(jù)、參數(shù)的傳輸，以及需要對(duì)各個(gè)核心分配任務(wù)、監(jiān)管狀態(tài)，眾所周知，Linux網(wǎng)絡(luò)方面優(yōu)勢明顯，鑒于S5PV210強(qiáng)大的處理能力，最終選擇S5PV210作為本項(xiàng)目組的主要核心。圖2-2 Cortex-A8核心板STM32F407：在姿態(tài)解算、調(diào)整方面，項(xiàng)目組使用的是一塊STM32F407芯片，STM32F4系列是意法半導(dǎo)體推出的基于Cortex-M4內(nèi)核的高性能微

14、控制器（圖2-3），該微控器采用了90nm的NVM工藝和ART（自適應(yīng)實(shí)時(shí)儲(chǔ)存器加速器），該技術(shù)在CPU工作頻率（168MHz）時(shí)使得程序能夠等待零周期執(zhí)行，提升了程序執(zhí)行效率。STM32F4系列微控器還集成了單周期DSP指令和FPU（浮點(diǎn)單元），提升了計(jì)算能力，可以進(jìn)行一些復(fù)雜的計(jì)算和控制，支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理。本系統(tǒng)中利用STM32F4高執(zhí)行效率以及強(qiáng)大的計(jì)算能力，在接收紅外定位數(shù)據(jù)后，利用了卡爾曼濾波對(duì)數(shù)據(jù)作處理，并輔以紅外壁障數(shù)據(jù)，合成數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換為控制指令以及PWM信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，也就是對(duì)巡防機(jī)器人的姿態(tài)控制。圖2-3 STM32F407STC15F2K61S2：

15、該單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的機(jī)器周期1T的單片機(jī)，是高速、高可靠、超強(qiáng)抗干擾的新一代增強(qiáng)型8051內(nèi)核單片機(jī)，其內(nèi)部集成了高精度R/C時(shí)鐘，5MHz35MHz時(shí)鐘頻率范圍可調(diào)，可以徹底省去外部晶振和復(fù)位電路（內(nèi)部也集成高可靠復(fù)位電路），該單片機(jī)還具備兩組高速異步串行通訊接口，擁有大量I/O口，可配置四種端口模式。本系統(tǒng)之所以選擇該單片機(jī)作為紅外定位系統(tǒng)的核心是因?yàn)樗惴ㄐ枰⒃趶?fù)雜的I/O端口操作上（對(duì)編號(hào)為07紅外接收管、815紅外接收管、07紅外壁障頭的操作，共計(jì)占用24個(gè)I/O口），在收集完成所需信息后，數(shù)據(jù)會(huì)通過高速異步串行通訊接口上傳至STM32F4姿態(tài)控制核心，該單片機(jī)設(shè)計(jì)核心板如圖

16、2-4所示。圖2-4 STC15F2K61S2核心板CC2530：該處理器也是增強(qiáng)型8051內(nèi)核的單片機(jī)，但是它是建立在ZigBee上,這是一個(gè)基于IEEE802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，這個(gè)協(xié)議主要規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通訊技術(shù)，特點(diǎn)是低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低成本，簡單來說就是一種低功耗無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。首先說明為什么本項(xiàng)目組需要建立第二個(gè)網(wǎng)關(guān)，如圖2-5所示，是Zigbee與藍(lán)牙和WIFI傳輸標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比圖，本項(xiàng)目組目的是為了使用無線設(shè)備整合防御區(qū)域的安防設(shè)備，介于藍(lán)牙距離實(shí)在太近，故先排除藍(lán)牙方案；然而為什么我們不使用WiFi？原因是：雖然WiFi傳輸速率很快、距

17、離也很遠(yuǎn)，但是相比之下使用WiFi建立節(jié)點(diǎn)的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用Zigbee建立節(jié)點(diǎn)的成本，就ZigBee對(duì)本項(xiàng)目來說，速率是足夠的，且功耗極低，實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目組選用的CC2530+CC2591（功率放大）這一方案的傳輸距離是非?？捎^的，空曠場地可以達(dá)到200m以上且在室內(nèi)信號(hào)的穿透能力良好。故本項(xiàng)目采用CC2530來作為無線傳輸方案，用于整合防御區(qū)域內(nèi)所有安防設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，及數(shù)據(jù)間的交互，完成與巡防機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)防御。圖2-5 Zigbee、Bluetooth、WiFi傳輸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比2.2 視頻傳輸本項(xiàng)目作為一套完整的安防解決方案，視頻的實(shí)時(shí)回傳自然不能少，巡防機(jī)器人要充當(dāng)無人環(huán)境中的明亮尖銳

18、的眼，并記錄下一切不軌行為！選型初期有這幾種攝像頭供我們來選擇：OV7670圖像傳感器、USB攝像頭、網(wǎng)絡(luò)攝像頭，由于我們的主控制器已經(jīng)建立了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，我們現(xiàn)在只需要一個(gè)帶有網(wǎng)絡(luò)功能的攝像頭將其數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)至安卓終端再解碼就可以，故在此我們選擇了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭，如圖2-6所示：圖2-6 網(wǎng)絡(luò)攝像頭2.3 電源部分電源是整個(gè)系統(tǒng)最重要的部分，由于系統(tǒng)復(fù)雜度較高，需要多路不同的電壓，如：3.3V、5V、10V、12V，且在工作時(shí)刻，功率較大，系統(tǒng)需要一個(gè)能夠輸出穩(wěn)定電壓，并且功率足夠的方案?？紤]到供電方式為鋰電供電，供給電壓為最高12.4V最低11.1V，在這種情況下，想要系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，就要

19、穩(wěn)定輸出系統(tǒng)所需要的電壓，最終我們采用DC-DC降壓方案，芯片選擇為LM2596S-ADJ，該芯片可調(diào)輸出電壓為：1.2V37V4%，輸出電流最大為3A，輸入電壓最大40V，電路板設(shè)計(jì)如下圖2-7所示：圖2-7 三路LM2596-ADJ模塊2.4 室內(nèi)定位目前來說，室內(nèi)定位一直以來是個(gè)大問題，主流的定位就是基于WiFi或者ZigBee的無線定位系統(tǒng)，但這一類的系統(tǒng)有著很大弊端，譬如：需要場地開闊，周邊干擾信號(hào)稀少，不然就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，誤差從哪兒來？傳統(tǒng)的定位方式都是采用信號(hào)強(qiáng)度來進(jìn)行的，2.4G信號(hào)并不是最靠譜的，一旦被遮擋或者干擾，信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)有嚴(yán)重的衰減，如圖2-8是2.4G信號(hào)障礙物

20、衰減經(jīng)驗(yàn)值。針對(duì)這一情況，本項(xiàng)目研制了一套基于卡爾曼濾波的紅外定位裝置，本裝置搭載了16枚高性能紅外接收管以及8枚紅外壁障頭輔助。圖2-8 2.4G信號(hào)障礙物衰減經(jīng)驗(yàn)值第3章 功能與指標(biāo)3.1 智能巡防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能1） 使用S5PV210處理器運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)搭建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；2） 利用搭建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)時(shí)傳輸視頻數(shù)據(jù)（H.264格式）至Android終端進(jìn)行解碼播放；3） 具備室內(nèi)定位功能，能避開障礙獨(dú)立自主趕往異常節(jié)點(diǎn)，并在終端報(bào)警；4） 使用ZigBee整合防御區(qū)域安防資源，構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)（入侵檢測、氣體異常檢測等）；并可擴(kuò)展一系列傳感器、控制器；5） 提供終端AndroidAp

21、p可以用于提示使用者入侵或者異常情況；具備手動(dòng)操縱（機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、攝像頭云臺(tái)等）功能；具備實(shí)時(shí)查看環(huán)境參數(shù)功能；具備一定的身份驗(yàn)證功能；6） 使用時(shí)伴有語音提示，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)；7） 動(dòng)力能夠重載一定重量的物體，并且運(yùn)動(dòng)靈活；3.2 智能巡防機(jī)器人功能指標(biāo)1） 測定的環(huán)境參數(shù)：溫度范圍：0-50；濕度范圍：20%-95%RH；精度：溫度2；濕度5%RH；2） 測定環(huán)境氣體參數(shù)：探測范圍：300-10000ppmm；適用于：液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等等；3） 視頻能夠以24fps進(jìn)行實(shí)時(shí)回傳，流暢、清晰度高，且圖像可存儲(chǔ)于終端；4） ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠智能的自動(dòng)加入認(rèn)證的新節(jié)點(diǎn)設(shè)備，

22、數(shù)據(jù)傳輸距離超過200m于空曠場地，室內(nèi)三層信號(hào)正常；5） Android終端具有ID及密碼身份認(rèn)證功能，防止他人侵入系統(tǒng)；第4章 實(shí)現(xiàn)原理4.1 Linux實(shí)現(xiàn)4.1.1 使用Linux構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器本項(xiàng)目實(shí)質(zhì)是構(gòu)建了TCP并發(fā)服務(wù)器（構(gòu)建流程如圖4-1）：并發(fā)服務(wù)器的思想是每一個(gè)客戶端的請求并不由服務(wù)器的主進(jìn)程直接處理，而是由服務(wù)器主進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程來處理，再剖析開來，本項(xiàng)目的TCP并發(fā)服務(wù)器是用了Socket，設(shè)置Socket為非阻塞方式，非阻塞操作可以立即完成，比如：如果你希望服務(wù)器僅僅只是檢查是否有客戶在等待連接，如果有就接收連接，否則就繼續(xù)做其它事情。圖4-1 TCP并發(fā)服務(wù)器創(chuàng)建流

23、程4.1.2 使用Linux進(jìn)行任務(wù)分配Linux任務(wù)可以看為是一些進(jìn)程，程序是一組可執(zhí)行的靜態(tài)指令集，而進(jìn)程是一個(gè)執(zhí)行中的程序?qū)嵗?。利用分時(shí)技術(shù)，在Linux操作系統(tǒng)上可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程間通訊本項(xiàng)目組運(yùn)用了有名管道的辦法：有名管道提供了一個(gè)路徑名與之進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以FIFO的形式存在于文件系統(tǒng)中。最終，多進(jìn)程并行處理，實(shí)現(xiàn)了巡防機(jī)器人的多種任務(wù)分配。任務(wù)分配流程如圖4-2所示。圖4-2 Linux任務(wù)分配流程4.2 Android終端實(shí)現(xiàn)4.2.1 Android終端人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目組利用安卓上層開發(fā)的優(yōu)勢，開發(fā)了Android終端，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，Android終端主要是用于控制機(jī)器

24、人的狀態(tài)、獲得測量的環(huán)境參數(shù)、查看實(shí)時(shí)傳輸?shù)谋O(jiān)控視頻，提供了身份驗(yàn)證功能，整體設(shè)計(jì)核心主要還是集中于安卓界面的開發(fā)，以及監(jiān)聽服務(wù)和線程管理，Android終端UI界面如圖4-3所示，Android終端運(yùn)行流程如圖4-4所示。 圖4-3 Android終端界面圖4-4 Android終端運(yùn)行機(jī)制4.2.2 Android終端與Linux的網(wǎng)絡(luò)通訊Socket本系統(tǒng)利用基于TCP協(xié)議的Socket基本模型（基本模型如圖4-5所示）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程,一方面因?yàn)榛赥CP的Socket編程簡單,另一方面在利用在本系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，數(shù)據(jù)可以安全可靠的傳輸?shù)侥繕?biāo),不僅如此，服務(wù)器端的程序可以打開多個(gè)線程與多個(gè)客

25、戶進(jìn)行通信。這種通信方式比較靈活，且適用于本系統(tǒng)的通信。譬如：每當(dāng)建立一個(gè)Socket連接，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新線程對(duì)該Socket進(jìn)行單獨(dú)通信（采用阻塞的方式通信），這種方式具有很高的響應(yīng)速度，并且控制起來也很簡單。具體化來說：本系統(tǒng)使用基于TCP協(xié)議的Socket ,先獲得服務(wù)端(S5PV210控制板的網(wǎng)絡(luò)端口號(hào)和IP地址,然后由網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施利用目標(biāo)地址，將客戶端發(fā)送的信息傳遞到正確的服務(wù)端(S5PV210控制板)上，這樣就實(shí)現(xiàn)了Android終端與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的通訊。圖4-5 Socket模型4.2.3 Android終端對(duì)于H.264解碼Android終端首先需要接收Linux服務(wù)器回傳的視頻

26、數(shù)據(jù)，然后通過圖4-6的流程進(jìn)行數(shù)據(jù)的解碼，待解碼完成后，需要將數(shù)據(jù)顯示出來，該過程實(shí)質(zhì)是使用了FFmpeg解碼器，該解碼器是個(gè)非常巨大的多媒體解碼庫，本項(xiàng)目在此是利用裁剪好之后的解碼器，調(diào)用相應(yīng)的API進(jìn)行H.264解碼的。圖4-6 對(duì)于獲取視頻解碼流程4.4 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)前文提到：“整合安防區(qū)域內(nèi)的所有安防設(shè)備”，這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？本項(xiàng)目組使用了ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，這樣實(shí)現(xiàn)的原因一方面是為了降低節(jié)點(diǎn)的成本，另一方面是因?yàn)閆igBee組網(wǎng)方便，傳輸速率及信號(hào)覆蓋率適合本系統(tǒng)。之所以說整合，是因?yàn)槭紫韧ㄟ^ZigBee的終端節(jié)點(diǎn)將傳感器驅(qū)動(dòng)并采集數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行

27、編碼，編碼后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過ZigBee運(yùn)行的Z-Stack協(xié)議棧打包后無線上傳至ZigBee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再通過串行接口傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，終端節(jié)點(diǎn)同時(shí)負(fù)責(zé)控制紅外發(fā)射系統(tǒng)，檢測到異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)紅外發(fā)射源引導(dǎo)巡防機(jī)器人，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)巡防機(jī)器人的輔助作用，也就是使全部安防資源整合起來協(xié)同工作，做到了智能硬件。本系統(tǒng)防御資源的整合如圖4-7所示。圖4-7 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)4.5 巡防機(jī)器人基于室內(nèi)定位的智能路徑實(shí)現(xiàn)相信室內(nèi)定位這一問題是比較困擾廣大開發(fā)者的，傳統(tǒng)的無線信號(hào)強(qiáng)度定位在遭遇諸如：信號(hào)繁多復(fù)雜的場合、障礙物較多的場合等等會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定、衰減的場合，在此些情況下就會(huì)造成定位不精

28、準(zhǔn)，故在此本項(xiàng)目組提出了一套基于紅外線的定位辦法，實(shí)現(xiàn)流程及外觀如圖4-8所示。 圖4-8 紅外線定位接收端流程及發(fā)射與接收裝置紅外定位裝置具體實(shí)現(xiàn)方法：對(duì)于發(fā)射源來說，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用NE555制作了一個(gè)40KHz頻率的紅外光發(fā)射裝置，使用ZigBee控制，一旦檢測到異常情況，ZigBee將會(huì)控制繼電器，決定紅外發(fā)射源是否工作，一旦紅外發(fā)射源激活，那么接收裝置就能感受到40KHz頻率的紅外光，如圖4-9是紅外發(fā)射電路原理圖；圖4-9 紅外發(fā)射源電路對(duì)于接收裝置來說，接收到紅外光后，首先會(huì)經(jīng)過第一次濾波，第一次濾波的原理是：對(duì)于正面射入的紅外光，假定本項(xiàng)目組的紅外定位裝置如圖4-10所示（該裝置

29、共計(jì)16個(gè)接收頭，此處只以17號(hào)頭作解說），可以看到：4號(hào)紅外接收頭正面朝向紅外發(fā)射源，此時(shí)抽象的說，當(dāng)紅外光射入整個(gè)模塊時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的問題，26號(hào)頭的角度始終能夠較多的接收到紅外光，而1號(hào)、7號(hào)頭相對(duì)來說會(huì)較少接收到，程序會(huì)自動(dòng)判斷濾除，最終剩下26號(hào)頭，此時(shí)再進(jìn)行取中值，最終將會(huì)剩下4號(hào)頭，同理，在入射源位置發(fā)生改變時(shí)，中值接收頭也會(huì)發(fā)生改變，但只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為固定的接收頭序號(hào)。上面提到：“只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為固定的接收頭序號(hào)”，不排除干擾的問題，干擾會(huì)來自墻面反射入射源的紅外光、人體發(fā)出的紅外等等，當(dāng)遭遇此種干擾時(shí)，中值頭會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，實(shí)際是4號(hào)頭，但是會(huì)突變?yōu)?號(hào)，或者6號(hào)等等，本項(xiàng)目組將該

30、現(xiàn)象理解為高斯白噪聲，針對(duì)這一問題，我們就需要借助卡爾曼濾波，來將數(shù)據(jù)確定為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的一個(gè)值。圖4-10 紅外裝置示意圖4.6 多路隔離電源的實(shí)現(xiàn)LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。在特定輸出電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在4%的范圍內(nèi)；擁有80uA的待機(jī)電流，并且擁有自我保護(hù)電路：限流保護(hù)和在異常情況下斷電的過溫保護(hù)電路。本項(xiàng)目就是利用如此高可靠的芯片完成多路隔離電源，在電源輸入加入了1N5822肖特基二極管，防止正負(fù)極反接，在輸出加入了一顆電感以及一顆1N5822作為續(xù)流器件，在電源輸入GND端加

31、入0電阻隔離地。這樣就實(shí)現(xiàn)了多路開關(guān)隔離可調(diào)電源，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、純凈的輸入電壓，提供足夠功率！原理圖如圖4-11。圖4-11 LM2596-ADJ三路隔離輸出電壓可調(diào)DC-DC第5章 硬件框圖5.1 S5PV210硬件框圖以S5PV210作為主控核心，驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏，異步串行接口與其它主控協(xié)調(diào)完成數(shù)據(jù)交互、任務(wù)分配，同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。具體框圖如圖5-1所示。圖5-1 S5PV210硬件框圖5.2 STM32F4硬件框圖以STM32F4作為姿態(tài)解算核心，負(fù)責(zé)巡防機(jī)器人的姿態(tài)控制，由STM32F4的串口1接收STC15紅外定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行濾波以及中值頭計(jì)算，最后再送入卡爾曼濾波器，得到

32、一個(gè)穩(wěn)定的中值頭；通過串口3接收ZigBee的數(shù)據(jù)（入侵檢測、氣體異常等）；以上數(shù)據(jù)接收完成后處理，一部分轉(zhuǎn)換為控制指令讓機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，另一部分再編碼上傳至本項(xiàng)目組構(gòu)建的服務(wù)器。具體框圖如圖5-2所示。圖5-2 STM32F4硬件框圖5.3 ZigBee硬件框圖傳感器通過ZigBee終端進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制并采集數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)編碼后無線發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器，這一過程由Z-Stack協(xié)議棧完成（傳輸信號(hào)制式為2.4G頻段），在ZigBee協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)送入STM32F4解碼再運(yùn)用，最終實(shí)現(xiàn)安防資源的整合。具體框圖如圖5-3所示。圖5-3 ZigBee硬件框圖5.4 STC15F2K61S2硬件框圖8路紅外壁障頭、16路紅外定位頭連接至ST